KR100555581B1 - 균일한 소성변형 특성을 갖는 냉연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 r_m 값이 1에 가까우며 Δr 값이 낮아 거의 0에 가까운 값을 가져서 자동차 외판의 가공시 주로 발생하는 스트레칭 모드의 변형에서의 소성변형이 균일할 뿐만 아니라 형상동결성이 우수한 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면,중량%로 C: 0.1%이하,Mn:0.1~1.0%,P:0.1%이하,S:0.02%이하,Si:0.05%이하,산가용 Al:0.08%이하,N:0.01%이하,Ti:0.0025~0.10%, Zr:0.10%이하, 및 나머지는 Fe와 피할수 없는 불순물로 구성되는 냉연강판이 제공된다. 또한,상기 조성을 갖는 강 슬라브를 1050 ℃ 이상으로 재가열하는 단계, Ar₃ 이상의 마무리 온도와 권취온도 500

100 ℃ 에서 열간압연하는 단계, 50~80% 압하율로 냉간압연하는 단계, Ar₁ 이하의 균열대 온도에서 상소둔하는 단계, 및 0.5~2% 압하율로 조질압연하는 단계로 구성되는 냉연강판의 제조방법이 제공된다

본 발명의 강은 스트레칭 모드 변형이 가해지는 자동차 외판등의 사용에 특히 적합하다.

냉연강판, 소성변형비, 형상동결성, 자동차 외판

Description

균일한 소성변형 특성을 갖는 냉연강판 및 그 제조방법{Cold Rolled Steel Sheet Having Homogeneous Plastic Deformation Property And Manufacturing Method Thereof}

제 1도는 발명예 3의 상소둔 후 측정한 미소집합조직의 현미경사진과 결정학적 방위 Map도.

제 2도는 r값 이방성에 미치는 집합조직의 영향에 대한 이론적인 계산도.

제 3도는 비교예 2와 발명예 3에 대한 디프드로잉 후 귀발생의 비교사진.

본 발명은 가공성이 우수한 냉연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 자동차 외판의 프레스 가공이 용이하여 복잡한 형상의 자동차 부품의 성형에 유리하도록 평균 소성비(r_m)가 낮아 1에 가깝고 소성변형비 이방성계수(Δr)가 낮은 냉 연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차 외판의 재료로는 가공결함 없이 프레스 성형을 실시하고 성형 후 원하는 모양의 부품을 원활하게 제작하기 위하여 가공성이 우수한 냉연강판이 요구된다. 즉, 연신률이 높으면서도 항복강도가 낮고 면방향으로의 소성변형이 균일한 냉연강판을 이용하여 자동차 외판을 성형하면 복잡한 형상을 갖는 부품을 원하는 모양으로 제작하는 것이 유리하다. 연신률은 인장 시 균열발생 없이 연신되는 강판의 성질을 나타내는 값이므로 연신률이 크면 허용되는 강판의 변형이 크다고 할 수 있다. 연신률은 강종이 결정되면 크게 변화하지 않는 강의 기계적 성질이다. 소성변형비 r 값은 두께방향의 변형률에 대한 폭방향의 변형률의 비로 정의되는 값이다. 소성변형비가 큰 강판은 폭방향의 변형량의 일정하다고 가정하면 일정 변형량만큼 판재를 임의방향의로 인장하였을 때 두께방향으로의 변형률이 적으므로 큰 변형까지 재료의 네킹이 발생하지 않고 가공이 가능하다는 것을 의미한다. 자동차 내판의 경우, 디프드로잉 변형이 주로 발생하므로 판재의 가공시 연신률 및 소성변형비가 큰 냉연강판이 유리하나, 자동차 외판의 경우는 스트레칭 변형이 주로 발생하므로 소성변형비가 낮을수록 가공측면에서 유리하다. 그 이유는 소성변형비가 낮으면 낮을수록 등이축 항복강도가 낮아져서 적은 변형으로도 소성변형이 가능하기 때문이다. 한편, 소성변형비는 판재의 이방성 성질때문에 인장방향에 따라 다른 값을 가진다. 인장 방향에 따른 소성변형비의 변화정도를 나타낸 것이 평균 소성변형비 r_m 과 소성변형비 이방성계수 r 이다. 일반적으로 소성변형비를 측정하는 방법으로는 각 판재의 r₀ , r₄₅ , r₉₀ 을 측정한 후 다음 식에 대입하여 r_m 과Δr 을 결정한다.

r_m = (r₀+2r₄₅+r₉₀)/4 , Δr = (r₀ -2r₄₅+r₉₀)/2

여기서 r₀ , r₄₅ , r₉₀ 은 인장방향이 판재의 압연방향에 대하여 각각 0⁰ ,45⁰ , 90⁰ 방향의 소성변형비 값을 의미한다.Δr 값이 작기위해서는 각 방향으로 인장하였을 때 소성변형비의 차이가 작아야 한다. Δr 값이 작다는 것은 프레스 성형 시 변형률의 분포가 균일하다는 것을 의미하므로 스트레칭 모드의 변형에서 큰 변형까지 성형하는데 유리하다. 낮은 Δr , 1에 가까운 r_m 값을 가진 강은 스트레칭 변형이 주로 발생하는 자동차 외판의 가공시 형상 동결성이 향상된다.

일본 공개공보 특개평 9-296226 에는 극저탄소 냉연강판에 Ti 나 Nb 를 단독 혹은 복합으로 첨가하여 고용 C 및 N 를 탄화물 및 질화물의 형태로 석출킴으로써 연신률 및 소성변형비가 높아져서 자동차용 냉연강판의 성형성이 향상되는 기술이 공지되어 있다. 독일 특허 DE3847732 ,3803064 와 미국특허 US5139580 에서는 중,저 탄소강에 탄화물 형성원소인 Ti,Nb 을 첨가하여 열연과 소둔중에 탄화물의 거동 및 미소집합조직을 제어함으로써 등방성의 소성성질을 갖는 냉연강판의 제조방법이 공지되어 있다. 그러나 Ti,Nb을 첨가한 강은 Δr , r_m 값이 비교적 높아 디프드로잉 모드의 변형에서는 우수한 가공성을 보이나, 스트레칭 모드의 변형에서는 이방성이 심하고 등이축항복강도가 높아 자동차 외판용 냉연강판에서의 가공성 측면에서는 불리하다는 문제점이 있다. 한편, 일본 공개공보 특개평 6-346149에서는 이런 문제점을 해결하기위해 극저탄소강에 Ti 만,또는Ti과Nb을 첨가하여 탈가스후 열처리를 하였다. 그러나, 이 기술을 이용하면 압연방향과 폭방향의 r값이 차이가 난다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 중,저 탄소강에 해당하는 탄소 조성범위에서도 높은 연신률이 유지되고, r_m 값이 1에 가까우며 Δr 값이 낮아 거의 0에 가까운 값을 가져서 자동차 외판의 가공시 주로 발생하는 스트레칭 모드의 변형에서의 소성변형이 균일할 뿐만 아니라 형상동결성이 우수한 냉연강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기위해 본 발명에서는,중,저 탄소강에 공지 기술에서는 사용하지 않은 Zr을 첨가하되 Ti 과 Zr을 복합첨가하였다.

본 발명에 의하면, 중량%로 C: 0.1%이하,Mn:0.1~1.0%,P:0.1%이하,S:0.02%이 하,Si:0.05%이하,산가용 Al:0.08%이하,N:0.01%이하,Ti:0.1% ~ 0.0025%, Zr:0.1%이하, 및 나머지는 Fe와 불가피한 불순물로 구성되며,평균소성변형비(r_m )가 1.1이하이고 소성변형비 이방성계수( Δr)가 0.15이하의 값을 갖는, 자동차 외판용 냉연강판이 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 조성을 갖는 강 슬라브를 1050 ℃ 이상으로 가열하는 단계, Ar₃ 이상의 마무리 온도와 권취온도 500

100 ℃ 에서 열간압연하는 단계, 50~80% 압하율로 냉간압연하는 단계, Ar₁ 이하의 균열대 온도에서 상소둔(batch annealing)하는 단계, 및 0.5~2% 압하율로 조질압연하는 단계로 구성되는 자동차 외판용 냉연강판의 제조방법이 제공된다.

이하에 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 강중 C는 침입형 고용원소 및 시멘타이트 형태로 존재하면서 냉연과 소둔과정에서 강판의 집합조직 형성에 매우 큰 영향을 미친다. 강중에 C 의 양이 많은 경우 Fe와 결합하여 시멘타이트를 형성하므로 C 이 강중에 안정적으로 존재할 수 있다. 상소둔과 같이 가열 및 냉각속도가 느린 공정에서는 시멘타이트가 열역학적으로 안정되기가 용이하다. 소둔시에는 강중에 포함된 C가 Ti과 결합하여 TiC 를 석출시킴으로서 ND(normal direction ; 압연방향의 수직방향)가 <111>방향 과 평행한 방위(<111>//ND)를 가진 결정립의 회복 및 재결정 속도를 늦추는 역할을 하여 <111>//ND 방위를 가진 결정립의 분율이 낮아진다. 이는 r_m 값의 증가 및 Δr 값의 감소로 이어진다. 일부 C 은 Zr 과 결합하여 ZrC 를 형성시키기도 하는데 석출물의 크기가 TiC 에 비해 상대적으로 조대하여 연신률에 유리한 점을 보인다.

강 중 Mn은 고용강화 효과에 유효한 원소이며, 특히 강 중 S를 MnS로 석출시켜 열간압연시 S에 의한 편파단 발생과 고온취화를 억제시킨다. 그러나, 본 발명의 실험에 의하면 Mn함량이 0.3중량%미만인 경우에는 강도상승 효과를 얻을 수 없고, 강중 S를 MnS로 완전히 석출시키지 못하기 때문에 성형성 확보에 문제가 있다.

강 중 P는 함량이 많을수록 강도상승에는 유리하지만 과잉의 P첨가는 취성파괴 발생가능성을 높여 열간압연 도중 슬라브의 판파단 발생가능성이 증가되고, 소둔완료 후 결정입계로의 확산 및 편석이 용이해짐에 따라 성형시 2차 가공취성 발생에 대한 문제점이 증대되기 때문에 그 함량을 제한하여 사용할 필요가 있다. 본 발명에서는 TiC,ZrC에 의한 석출강화로 P의 함량을 0.1중량% 미만으로 제한한다.

S 와 N 은 강중 불순물로써 불가피하게 포함되는 원소들이기 때문에 가능한 낮게 관리하는 것이 중요하다. 그러나. 그 함량을 적게 관리할수록 강의 정련비용이 높아진다. 따라서 조업조건이 가능한 범위인 0.01중량% 이하로 S를 관리하는 것 이 중요하며, N함량은 고온에서 TiN을 형성하여 C와 결합할 유효Ti를 변화시키므로 전체 Ti함량은 N함량에 따라 첨가량이 달라질 수 있다.

Si는 강중에 산화물로 작용하여 연성을 저해하므로 그 양이 적을수록 바람직하나, 제강 정련단계에서의 조업경제성을 고려하여 0.05wt%로 제한한다.

산가용 Al양은 용강의 탈탄원소로서 유효하게 작용하지만, Al 을 과잉으로 첨가하는 경우에는 가공성에 악영향을 미치므로 함유량을 0.08중량% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

Ti는 강중에 N과결합하여 TiN을 만듦으로써 AlN형성을 억제시키는 효과가 있다. 열연중에 생성되는 AlN는 열연조직을 연신시켜 판재의 형상이방성을 증가시키는 문제점을 갖고 있다. Ti의 첨가량은 소둔시 TiC를 석출시키기위해 (Ti-N x 48 /14)

0.0025중량% 관계로 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나 Zr첨가 없이 Ti첨가시 Ti 첨가량이 증가할수록 r_m 값이 증가하는 것으로 나타나고,Zr 과 복합첨가 하는 경우 Ti첨가량에 따른 r_m 의 변화는 거의 없었으나 r_m 값을 낮게 하려면 Ti함량을 0.1중량%이하로 제한하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.

Zr은 강중에 C와 결합하여 ZrC를 형성한다. Zr양이 증가할수록 강의 이방성 측면에서 효과적이나, 0.10중량% 이상에서는 그 효과증가가 미미하고 Zr의 회수율에 문제가 생기므로 Zr함량은 0.10중량% 이하로 관리함이 바람직하다.

스트레칭 모드의 변형에서 소성변형이 균일하면서 형상동결성이 우수한 중,저 탄소강의 냉연강판을 얻기위해서는, 이상에서 설명한 바와 같이 Ti와 Zr 함량을 조절해가면서 양자를 복합적으로 첨가하는 것이 매우 중요하다.

한편, 상기 강 성분을 갖는 냉연강판이 자동차 외판 제조시 가해지는 변형조건에서 소성변형이 균일하면서 형상동결성이 우수한 성질을 나타내려면, 적절한 열처리 과정을 거쳐야 한다. 즉,상기 조성의 강 슬라브를 1050 ℃ 이상으로 재가열하고 Ar₃ 이상의 마무리 온도와 권취온도 500

100 ℃ 에서 열간압연한 후, 50~80% 압하율로 냉간압연, Ar₁ 이하의 균열대 온도에서 상소둔(batch annealing), 및 0.5~2% 압하율로 조질압연하여 냉연강판을 제조하여야 한다. 이때, 열간압연 후 코일의 권취온도는 상기 언급한 바와 같이 저온으로 하여 권취상태에서 최대한 석출물의 석출을 억제시키는 것이 중요하다.

다음은 본 발명의 실시예이다.

표 1성분의 각 강을 용해하고 열간압연을 실시하였다, 열간압연시 재가열온 도는 1200 ℃, 마무리 온도는 890 ℃ , 권취온도는 500 ℃로 하였다. 열간압연판의 표면산화층을 산세로 제거한 후, 70%압하율로 냉간압연을 실시하였다. 냉간압연한 강판을 연속소둔로에서 소둔하였다. 열처리 균열대의 온도는 690 ℃ 이었다. 열처리 후, 1.5%의 압하율로 조질압연을 하였다.

표1

	C Si Mn P S Sol-Al Ti Zr N
발명예1 발명예2 발명예3	0.034 0.01 0.19 0.01 0.01 0.05 0.01 0.0014 0.003 0.034 0.01 0.19 0.01 0.01 0.07 0.016 0.0064 0.003 0.035 0.01 0.19 0.01 0.01 0.07 0.016 0.013 0.003
비교예1 비교예2 비교예3	0.034 0.01 0.19 0.01 0.01 0.043 0.01 0.003 0.0032 0.005 0.36 0.03 0.011 0.015 0.05 0.0019 0.0032 0.004 0.35 0.03 0.011 0.022 0.058 0.0012

표2는 표1의 성분으로 제조한 냉연강판의 기계적 성질을 측정한 결과이다. 비교예로는 Ti첨가 저탄소강 및 Ti첨가 극저탄소강을 이용하였다. 표 2에서 발명예 1과 비교예 1을 비교하면 Zr이 미량 첨가된 발명예 1의 경우가 Δr 값이 낮은 것을 알 수 있다. 발명예 2와 발명예 3은 발명예 1에 비해 Zr 함량을 증가시킨 경우로서 Zr함량이 증가할수록 r_m 값은 큰 변화가 없으나 Δr 값은 감소함을 알 수 있다. 그러나 Zr 함량이 0.015중량% 이상에서는 Δr 값 감소율이 크지 않았다. 이같은 이방성 특성의 개선효과는 Zr 첨가로 인해 TiC 보다 조대한 ZrC가 형성되기 때문인 것으로 판단된다. 비교예 2,3 으로부터 극저탄소강의 경우는 r_m 값이 저탄소강보다 큰 값을 가지며, Δr 값이 커 면내 이방성이 큰 결점을 갖고 있음을 알 수 있고, Ti함량을 0.01중량%이하로 제한하는 것이 강의 이방성 특성을 개선하는데 바람직한 것으로 나타났다. 본 발명의 강은 r_m 값이 1.1이하이며 Δr 값이 0.15이하임을 알 수 있다.

표2

	인장강도 총연신률 rm (Kgf/mm2) (%)
발명예1 발명예2 발명예3	32.9 39.75 1.09 0.13 33.2 41.07 1.09 0.14 33.5 39.44 1.08 0.02
비교예1 비교예2 비교예3	35.74 39.2 1.04 0.24 31.19 45.1 1.73 0.56 32.26 44.9 1.74 0.34

도 1은 본 발명예 3 강의 FE(Field Emission)-SEM 과 EBSD(Electron Backscattered Direction)를 이용하여 측정한 결정학적 방위 Map을 보여준다. 상단의 역극점도의 색깔과 비교하면, 본 발명의 경우 α- fiber (압연방향이 <110>방향과 평행한 결정립)와 γ- fiber(ND가 <111>방향과 평행한 결정립) 집합조직이 함께 발달하고 있음을 알 수 있다. 도 2는 소성변형비 이방성에 미치는 집합조직의 영향을 이론적으로 계산한 결과를 나타내었다. 도2로부터 α- fiber 와 γ- fiber 집합조직은 소성변형비에 서로 다른 영향을 미침을 알 수 있다. 도1과 도2를 비교하면 발명예 3의 강은 소성변형비가 1에 가까운 값을 가지며 소성변형비 이방성계수가 적은 강임을 판단할 수 있다. 도3은 발명예 3과 비교예 1의 디프드로잉 후 귀발생을 비교한 것이다. 발명예 3의 강은 귀발생이 없으나 비교예 1은 귀발생이 심 하게 발달하고 있어 본 발명의 강은 스트레칭모드 변형에서 우수한 변형특성을 나타냄을 알 수 있다.

이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 의해 r_m 값이 1.1이하이며 Δr 값이 0.15이하의 값을 갖는 가공성이 우수한 강을 얻을 수 있다. 이러한 강은 스트레칭 모드의 변형에서 우수한 가공특성을 나타내므로 자동차 외판등에 사용하기 적합하다.

Claims (3)

1. 중량%로 C:0.1%이하,Mn:0.1~1.0%,P:0.1%이하,S:0.02%이하,Si:0.05%이하,산가용 Al:0.08%이하,N:0.01%이하,Ti:0.0025~0.01%, Zr:0.015%이하, 및 나머지는 Fe와 불가피한 불순물로 구성됨을 특징으로 하는 균일한 소성변형 특성을 갖는 냉연강판
2. 제 1항에 있어서, Ti 함량이 (Ti-N x 48 /14)

   

   0.0025중량% 관계로 첨가됨을 특징으로 하는 균일한 소성변형 특성을 갖는 냉연강판.
3. 중량%로 C:0.1%이하,Mn:0.1~1.0%,P:0.1%이하,S:0.02%이하,Si:0.05%이하,산가용Al:0.08%이하,N:0.01%이하,Ti:0.0025~0.01%, Zr:0.015%이하, 및 나머지는 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 조성을 갖는 강 슬라브를, 1050 ℃ 이상으로 가열하는 단계;Ar₃ 이상의 마무리 온도와 권취온도 500

   

   100 ℃ 에서 열간압연하는 단계; 50~80% 압하율로 냉간압연하는 단계; Ar₁ 이하의 균열대 온도에서 상소둔하는 단계; 및 0.5~2% 압하율로 조질압연하는 단계;로 이루어진 과정을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 균일한 소성변형 특성을 갖는 냉연강판의 제조방법

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